• ROS1云课→29如何借助ROS实现走迷宫机器人

    ROS1云课→28机器人代价地图配置

    简述：
    在这个项目中，将创建一个机器人，它将进入一个迷宫形式的房间，然后从另一个点离开房间。

    详细：
    在行业中，有些地方机器人可以收集加工过的物体并将这些物体放入仓库。所以这里在这个对象收集过程中，机器人需要进入机器加工区域，它应该从机器加工区域出来。机器人进入机器区域本质上类似于房间入口，机器人从机器区域出来也称为房间出口。 
    所以在这个项目中，将开发一个机器人应用程序，该应用程序应该在规定的入口位置进入房间，并通过测量距离来识别机器人进入路径和离开房间的物体/墙壁的距离与规定的出口地点。 
    为了寻找距离，通常使用激光雷达。通过将 激光测距仪集成到机器人中，将能够找到物体或墙壁的距离。这里需要借助ROS导航算法在STDR模拟器上进出房间。

    案例方法也适用于机器人寻宝等竞赛场景。

    涉及知识点多且杂。需要熟练掌握1-28节全部内容。 

    全局路径规划知识点：

    ROS1云课→20迷宫不惑之A*大法（一种虽古老但实用全局路径规划算法）

    实际地图：

    简化地图：

    机器人：

    参考文首链接。 

    迷宫算法从基础到仿真。

    未改进版本视频：

    maze_stdr_01

    配置文件参考： 

    export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/maze.yaml
    1. image: maze.png
    2. resolution: 0.1
    3. origin: [0.0, 0.0, 0.0]
    4. occupied_thresh: 0.6
    5. free_thresh: 0.3
    6. negate: 0
    2. <launch>
    3.   <arg name="base"       default="$(optenv TURTLEBOT_BASE kobuki)"/>  
    4.   <arg name="stacks"     default="$(optenv TURTLEBOT_STACKS hexagons)"/>  
    5.   <arg name="3d_sensor"  default="$(optenv TURTLEBOT_3D_SENSOR kinect)"/>  
    6.   <arg name="laser_topic" default="robot0/laser_0"/> 
    7.   <arg name="odom_topic" default="robot0/odom"/>
    8.   <arg name="odom_frame_id" default="map"/>
    9.   <arg name="base_frame_id" default="robot0"/>
    10.   <arg name="global_frame_id" default="world"/>
    11.   
    12.   <arg name="map_file"       default="$(env TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE)"/>
    13.   <arg name="initial_pose_x" default="0.5"/>
    14.   <arg name="initial_pose_y" default="15.5"/>
    15.   <arg name="initial_pose_a" default="0.0"/>
    16.   <arg name="min_obstacle_height" default="0.0"/>
    17.   <arg name="max_obstacle_height" default="5.0"/>
    18.  
    19.   
    20.   <include file="$(find stdr_robot)/launch/robot_manager.launch" />
    21.   
    22.   <node pkg="stdr_server" type="stdr_server_node" name="stdr_server" output="screen" args="$(arg map_file)"/>
    23.   
    24.   <node pkg="stdr_robot" type="robot_handler" name="$(anon robot_spawn)" args="add $(find turtlebot_stdr)/robot/turtlebot.yaml $(arg initial_pose_x) $(arg initial_pose_y) 0"/>
    25.   
    26.   <include file="$(find stdr_gui)/launch/stdr_gui.launch"/>
    27.   
    28.   <include file="$(find turtlebot_stdr)/launch/includes/relays.launch.xml"/>
    29.  
    30.   
    31.   <include file="$(find turtlebot_bringup)/launch/includes/robot.launch.xml">
    32.     <arg name="base" value="$(arg base)" />
    33.     <arg name="stacks" value="$(arg stacks)" />
    34.     <arg name="3d_sensor" value="$(arg 3d_sensor)" />
    35.   include>
    36.   <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher">
    37.     <param name="use_gui" value="true"/>
    38.   node>
    39.  
    40.   
    41.   <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="mobile_base_nodelet_manager" args="manager"/>
    42.   <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="cmd_vel_mux" args="load yocs_cmd_vel_mux/CmdVelMuxNodelet mobile_base_nodelet_manager">
    43.     <param name="yaml_cfg_file" value="$(find turtlebot_bringup)/param/mux.yaml"/>
    44.     <remap from="cmd_vel_mux/output" to="mobile_base/commands/velocity"/>
    45.   node>
    46.  
    47.   
    48.   <node name="map_server" pkg="map_server" type="map_server" args="$(arg map_file)">
    49.    <param name="frame_id" value="$(arg global_frame_id)"/>
    50.   node>
    51.  
    52.  
    53.   
    54.   <include file="$(find turtlebot_navigation)/launch/includes/move_base.launch.xml">
    55.    <arg name="odom_topic" value="$(arg odom_topic)"/>
    56.    <arg name="laser_topic" value="$(arg laser_topic)"/>
    57.    <arg name="odom_frame_id"   value="$(arg odom_frame_id)"/>
    58.    <arg name="base_frame_id"   value="$(arg base_frame_id)"/>
    59.    <arg name="global_frame_id" value="$(arg global_frame_id)"/>
    60.   include>
    61.  
    62.   
    63.     <param name="move_base/local_costmap/obstacle_layer/scan/min_obstacle_height" value="$(arg min_obstacle_height)"/>
    64.     <param name="move_base/local_costmap/obstacle_layer/scan/max_obstacle_height" value="$(arg max_obstacle_height)"/>
    65.     <param name="move_base/global_costmap/obstacle_layer/scan/min_obstacle_height" value="$(arg min_obstacle_height)"/>
    66.     <param name="move_base/global_costmap/obstacle_layer/scan/max_obstacle_height" value="$(arg max_obstacle_height)"/>
    67.  
    68.   
    69.   <include file="$(find turtlebot_navigation)/launch/includes/amcl/amcl.launch.xml">
    70.     <arg name="scan_topic" value="$(arg laser_topic)"/>
    71.     <arg name="use_map_topic" value="true"/>
    72.     <arg name="odom_frame_id" value="$(arg odom_frame_id)"/>
    73.     <arg name="base_frame_id" value="$(arg base_frame_id)"/>
    74.     <arg name="global_frame_id" value="$(arg global_frame_id)"/>
    75.     <arg name="initial_pose_x" value="$(arg initial_pose_x)"/>
    76.     <arg name="initial_pose_y" value="$(arg initial_pose_y)"/>
    77.     <arg name="initial_pose_a" value="$(arg initial_pose_a)"/>
    78.   include>
    79.  
    80.  
    81.   <node name="tf_connector" pkg="turtlebot_stdr" type="tf_connector.py" output="screen"/>
    82.  
    83.   
    84.   <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find turtlebot_stdr)/rviz/robot_navigation.rviz"/>
    85.  
    86.  
    87.  
    88.  
    89. launch>

    1. shiyanlou:~/ $ history                                               [22:37:23]
    2.     1  gedit init.sh
    3.     2  chmod +x init.sh
    4.     3  ./init.sh
    5.     4  git clone https://gitcode.net/ZhangRelay/ros_book.git
    6.     5  cd ros_book
    7.     6  unzip turtlebot_simulator-melodic.zip
    8.     7  sudo apt install ros-kinetic-turtlebot-simulator
    9.     8  catkin_make
    10.     9  source devel/setup.zsh
    11.    10  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/maze.yaml
    12.    11  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch 
    13.    12  source devel/setup.zsh
    14.    13  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch 
    15.    14  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/hospital_section.yaml
    16.    15  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/hospital_section.yaml
    17.    16  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch
    18.    17  export TURTLEBOT_STDR_MAP_FILE=/home/shiyanlou/Code/demo_ws/src/turtlebot_stdr/maps/maze.yaml
    19.    18  roslaunch turtlebot_stdr turtlebot_in_stdr.launch
    1. // Simple Maze Generator in C++ by Jakub Debski '2006 
    2.  
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. using namespace std;
    7.  
    8. int main() 
    9. { 
    10.    srand(time(0)); 
    11.  
    12.    const int maze_size_x=80; 
    13.    const int maze_size_y=25; 
    14.    vector < vector < bool > > maze; 
    15.    list < pair < int, int> > drillers; 
    16.  
    17.    maze.resize(maze_size_y); 
    18.    for (size_t y=0;y
    19.            maze[y].resize(maze_size_x); 
    20.  
    21.    for (size_t x=0;x
    22.            for (size_t y=0;y
    23.                    maze[y][x]=false; 
    24.  
    25.    drillers.push_back(make_pair(maze_size_x/2,maze_size_y/2)); 
    26.    while(drillers.size()>0) 
    27.    { 
    28.            list < pair < int, int> >::iterator m,_m,temp; 
    29.            m=drillers.begin(); 
    30.            _m=drillers.end(); 
    31.            while (m!=_m) 
    32.            { 
    33.                    bool remove_driller=false; 
    34.                    switch(rand()%4) 
    35.                    { 
    36.                    case 0: 
    37.                            (*m).second-=2; 
    38.                            if ((*m).second<0 || maze[(*m).second][(*m).first]) 
    39.                            { 
    40.                                    remove_driller=true; 
    41.                                    break; 
    42.                            } 
    43.                            maze[(*m).second+1][(*m).first]=true; 
    44.                            break; 
    45.                    case 1: 
    46.                            (*m).second+=2; 
    47.                            if ((*m).second>=maze_size_y || maze[(*m).second][(*m).first]) 
    48.                            { 
    49.                                    remove_driller=true; 
    50.                                    break; 
    51.                            } 
    52.                            maze[(*m).second-1][(*m).first]=true; 
    53.                            break; 
    54.                    case 2: 
    55.                            (*m).first-=2; 
    56.                            if ((*m).first<0 || maze[(*m).second][(*m).first]) 
    57.                            { 
    58.                                    remove_driller=true; 
    59.                                    break; 
    60.                            } 
    61.                            maze[(*m).second][(*m).first+1]=true; 
    62.                            break; 
    63.                    case 3: 
    64.                            (*m).first+=2; 
    65.                            if ((*m).first>=maze_size_x || maze[(*m).second][(*m).first]) 
    66.                            { 
    67.                                    remove_driller=true; 
    68.                                    break; 
    69.                            } 
    70.                            maze[(*m).second][(*m).first-1]=true; 
    71.                            break; 
    72.                    } 
    73.                    if (remove_driller) 
    74.                            m = drillers.erase(m); 
    75.                    else 
    76.                    { 
    77.                            drillers.push_back(make_pair((*m).first,(*m).second)); 
    78.                            // uncomment the line below to make the maze easier 
    79.                            // if (rand()%2) 
    80.                            drillers.push_back(make_pair((*m).first,(*m).second)); 
    81.  
    82.                            maze[(*m).second][(*m).first]=true; 
    83.                            ++m; 
    84.                    } 
    85.            } 
    86.    } 
    87.  
    88.    // Done 
    89.    for (size_t y=0;y
    90.            for (size_t x=0;x
    91.            { 
    92.                    if (maze[y][x]==true) 
    93.                            printf("."); 
    94.                    else 
    95.                            printf("#"); 
    96.            } 
    97.  
    98.    return 0; 
    99. }

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    路径规划研究的起源（如下为引用）

    问题简介
    18世纪初普鲁士的哥尼斯堡，有一条河穿过，河上有两个小岛，有七座桥把两个岛与河岸联系起来（如概述图）。有个人提出一个问题：一个步行者怎样才能不重复、不遗漏地一次走完七座桥，最后回到出发点。后来大数学家欧拉把它转化成一个几何问题——一笔画问题。他不仅解决了此问题，且给出了连通图可以一笔画的充要条件是：奇点的数目不是0个就是2个（连到一点的数目如果是奇数条，就称为奇点；如果是偶数条，就称为偶点。要想一笔画成，必须中间点均是偶点，也就是有来路必有另一条去路，奇点只可能在两端。因此任何图能一笔画成，奇点要么没有，要么在两端） 。
    推断方法
    当欧拉在1736年访问普鲁士的哥尼斯堡（现俄罗斯加里宁格勒）时，他发现当地的市民正从事一项非常有趣的消遣活动。哥尼斯堡城中有一条名叫Pregel的河流横经其中，这项有趣的消遣活动是在星期六作一次走过所有七座桥的散步，每座桥只能经过一次而且起点与终点必须是同一地点。
    欧拉把每一块陆地考虑成一个点，连接两块陆地的桥以线表示。
    后来推论出此种走法是不可能的。他的论点是这样的，除了起点以外，每一次当一个人由一座桥进入一块陆地（或点）时，他（或她）同时也由另一座桥离开此点。所以每行经一点时，计算两座桥（或线），从起点离开的线与最后回到始点的线亦计算两座桥，因此每一个陆地与其他陆地连接的桥数必为偶数。
    存在问题
    著名数学家欧拉的画像
    著名数学家欧拉的画像
    七桥所成之图形中，没有一点含有偶数条数，因此上述的任务无法完成。
    欧拉的这个考虑非常重要，也非常巧妙，它正表明了数学家处理实际问题的独特之处——把一个实际问题抽象成合适的“数学模型”。这种研究方法就是“数学模型方法”。这并不需要运用多么深奥的理论，但想到这一点，却是解决难题的关键。
    接下来，欧拉运用图中的一笔画定理为判断准则，很快地就判断出要一次不重复走遍哥尼斯堡的7座桥是不可能的。也就是说，多少年来，人们费脑费力寻找的那种不重复的路线，根本就不存在。一个曾难住了那么多人的问题，竟是这么一个出人意料的答案！

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